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Ultraschnelles Aufteilen und Positionieren gepulster Laserstrahlen mittels optischer Umlaufvorrichtung

Kurzfassung

Um die Produktivität von Laserbearbeitungszentren zu steigern, ist neben der Entwicklung leistungsfähigerer Laserquellen und der Erhöhung der Repetitionsrate der Laserpulse eine vielfältige und exakte Positionierung der einzelnen Pulse sehr wichtig.
Ein am Institut für Strahlwerkzeuge der Universität Stuttgart entwickeltes System kommt nun erstmals ohne bewegliche Komponenten für die Strahlpositionierung aus. Das Modul zur Strahlaufteilung kann einfach in bestehenden Systemen ergänzt werden, die Strahlpositionierung erfolgt mikrometergenau und ultraschnell. Durch eine präzise Synchronisation des Auskoppelmechanismus mit dem Laserpulsumlauf kann jeder einzelne Puls gezielt in der gewünschten Position abgerufen werden, was die Flexibilität eines Bearbeitungsprozesses enorm erhöht.

Hintergrund

Um die Produktivität von Laserbearbeitungszentren zu steigern, ist neben der Entwicklung leistungsfähigerer Laserquellen und der Erhöhung der Repetitionsrate der Laserpulse eine vielfältige und exakte Positionierung der einzelnen Pulse sehr wichtig.

Ein am Institut für Strahlwerkzeuge der Universität Stutt­gart entwickeltes System kommt nun erstmals ohne bewegliche Komponenten für die Strahlpositionierung aus. Das macht diese Vorrichtung sehr schnell, so dass Hochleistungsquellen mit hohen Repetitionsraten effektiv genutzt werden können.

Problemstellung

Um das Werkstück mit dem Laserstrahl möglichst schnell abtasten zu können, kommen bisher bewegliche optische Elemente wie Spiegel, Prismen oder Glaskörper zum Ein­satz, die je nach Einsatzzweck entsprechend der gewün­schten Strahlpositionierung beschleunigt und abgebremst werden müssen. Diese mechanische Bewegung setzt dem System Grenzen im Sinne eines Kompromisses aus Stabilität, Beweglichkeit und Geschwindigkeit.

Lösung

Das erfindungsgemäße Modul zur Strahlaufteilung kann einfach in bestehenden Systemen ergänzt werden und besteht aus einem resonatorähnlichen Aufbau aus unterschiedlichen optischen Komponenten, die so angeordnet sind, dass der Strahl seine Position in der Vorrichtung nach jedem Durchlauf verändert. Durch eine präzise gesteuerte Auskopplung kann so der einzelne Puls an der gewünschten Position aus der Vorrichtung austreten. Damit kann der Puls gezielt auf verschiedene Bearbeitungsstellen auf dem Werkstück positioniert werden oder auch an verschiedene Arbeitsstationen weitergegeben werden. Die Strahlpositionierung erfolgt mikrometergenau und ultraschnell. Durch eine präzise Synchronisation des Auskoppelmechanismus mit dem Laserpulsumlauf kann jeder einzelne Puls gezielt in der gewünschten Position abgerufen werden, was die Flexi­bilität eines Bearbeitungsprozesses enorm erhöht.

Erst durch ein solches ultraschnell schaltbares Modul wird es möglich sein, eine hochrepetierende Laserbearbeitung im MHz-Bereich erfolgreich umzusetzen und Hochleis­tungsquellen effektiv zu nutzen.

Schemazeichnung einer beispielhaften Anordnung
Abbildung: Beispielhaftes optisches Setup. Position des Laserpuls-Austritts in Abhängigkeit der Umläufe 1 bis n [v. n. IFSW, Universität Stuttgart].

Vorteile

  • Sehr schneller Wechsel von Strahlpositionen
  • Vielzahl an Ausgangspositionen und Ausgangswinkel möglich
  • Einzelpulsgenaue Positionierung
  • Reihenschaltung mehrerer Module möglich für Grob- und Feinpositionierung
  • Keine beweglichen Teile

Anwendungsbereiche

Laserbearbeitung

Exposé
Kontakt
Dipl.-Ing. Julia Mündel
TLB GmbH
Ettlinger Straße 25
76137 Karlsruhe | Germany
Telefon +49 721-79004-0
muendel(at)tlb.de | www.tlb.de
Entwicklungsstand
Idee / TRL1
Patentsituation
EP 2943309 B1 erteilt
DE 50 2013 009 062.0 validiert
FR, GB validiert
US 9,601,897 B2 erteilt
Referenznummer
11/034TLB
Service
Die Technologie-Lizenz-Büro GmbH ist mit der Verwertung der Technologie beauftragt und bietet Unternehmen die Möglichkeit der Lizenznahme.